Sistem Struktural Dinding Khusus (Coupled Shear Walls) dan Balok Perangkai (Coupling Beam)

Perencanaan dinding geser sebagai elemen struktur penahan beban gempa pada gedung bertingkat bisa dilakukan dengan konsep gaya dalam (yaitu dengan hanya meninjau gaya-gaya dalam yang terjadi akibat kombinasi beban gempa) atau dengan konsep desain kapasitas.

(a) Model Coupled Walls System (b) Denah Corewall

(a) Coupled Walls System dengan Coupling Beam

(b) Coupling Beam yang Berperilaku Sebagai Link Beam

Imran, Yuliari, Suhelda, dan Kristianto (2008:4) mengatakan bahwa dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral memiliki keuntungan utama karena menyediakan kontinuitas vertikal pada sistem lateral struktur gedung. Struktur gedung dengan dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral pada umumnya memiliki performance yang cukup baik pada saat gempa. Hal ini terbukti dari sedikitnya kegagalan yang terjadi pada sistem struktur dinding geser di kejadian-kejadian gempa yang lalu. Beberapa kerusakan yang terjadi akibat genpa pada umumnya berupa cracking , yang terjadi pada dasar dinding dan juga pada bagian coupling beam , khususnya untuk sistem dinding berangkai.

Perilaku batas yang terjadi pada dinding geser dapat diklasifikasikan sebagai berikut (Pantazopolou dan Imran, 1992) :

·         Flexural behavior, dimana respons yang terjadi pada dinding akibat gaya luar dibentuk oleh mekanisme kelelehan pada tulangan yang menahan lentur. Keruntuhan jenis ini pada umumnya bersifat daktil.

·         Flexural-shear behavior, dimana kelelehan yang terjadi pada tulangan yang menahan lentur diikuti dengan kegagalan geser.

·         Shear behavior, dimana dinding runtuh akibat geser tanpa adanya kelelehan pada tulangan yang menahan lentur. Perilaku batas ini bisa dibagi lagi menjadi diagonal tension shear failure (yang dapat bersifat daktil karena keruntuhan terjadi lebih dahulu pada baja tulangan) dan diagonal compression shear failure (yang umumnya bersifat brittle ).

·         Sliding shear behavior, dimana di bawah pembebanan siklik bolak-balik, sliding shear bisa terjadi akibat adanya flexural cracks yang terbuka lebar di dasar dinding. Keruntuhan ini bersifat getas dan menghasilkan perilaku disipasi yang jelek.

Balok perangkai merupakan balok penghubung antara dua buah dinding geser berangkai (coupled walls system) . Balok ini membuat dinding geser berangkai bekerja sebagai sebuah unit dalam menahan gaya gempa.

Balok perangkai membuat struktur menjadi kaku dan dapat mendisipasi energi. Dalam istilah internasional, balok perangkai dikenal dengan nama coupling beam atau spandrel beam. Karena kekakuan balok perangkai yang sangat tinggi, dinding geser berperilaku seperti dua buah kantilever bebas. Balok perangkai menyalurkan gaya geser dari satu dinding ke dinding lainnya sehingga mengakibatkan deformasi struktur yang besar.

 Struktur Dengan Coupled Shear Walls Yang Mengalami Deformasi Akibat Beban Lateral

(Sumber : Wight, James K. dan F.E. Richart (1964) : Design of Shearwall Coupling Beam Using High Performance Fiber Reinforced Concrete, Michigan, 5.)

Pada awalnya balok perangkai didesain mempunyai tulangan yang sama dengan balok konvensional. Namun Robert Park dan Thomas Paulay (Reinforced Concrete Structures, 1975) mengatakan dalam eksperimennya bahwa tulangan diagonal dapat menyalurkan gaya geser lebih baik dari tulangan konvensional.

Perbandingan Antara Tulangan Konvensional dan Diagonal

(Sumber : A. Harries, Kent, M.EERI, Bingnian Gong, dan Bahram M.Shahrooz (2000) : Behaviour and Design Of Reinforced Concrete, Steel, and Steel-Concrete Coupling Beams, Columbia. 4.)

SNI 03-2847-2002 menyarankan pemilihan jenis tulangan balok perangkai sesuai rasio antara bentang bersih (ln) dan tinggi efektif (d) serta gaya geser terfaktornya (Vu). Untuk , digunakan tulangan konvensional yang memenuhi SNI 03-2847-2002 pasal 23.3. Untuk , digunakan kelompok tulangan yang disusun secara diagonal dalam dua arah berlawanan secara simetris.

Dalam SNI dikenal jenis sengkang individual, dimana sengkang dipasang pada tulangan diagonalnya dan sengkang pada tulangan transversal dan longitudinalnya dipasang renggang. Sedangkan pada peraturan ACI, diberikan 2 alternatif yaitu sengkang individual atau sengkang global dimana sengkang dipasang rapat pada tulangan transversal dan longitudinal tanpa memasang sengkang di tulangan diagonal.

Model of Diagonally Reinforced Coupling Beam

Sumber : 

a. Park,R. dan Paulay,T (1975) : Reinforced Concrete Structures , Wiley

Interscience, New York, 652.

b. Wight, James K. dan F.E. Richart (1964) : Design of Shearwall Coupling Beam Using High Performance Fiber Reinforced Concrete, Michigan, 18.

Dari gambar tersebut, dapat ditulis :

Balok Perangkai Dengan Tulangan yang Disusun Secara Diagonal

(Sumber : SNI 03-2847-2002 Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung Halaman 222)

Balok perangkai dengan kelompok tulangan yang disusun secara diagonal dalam dua arah berlawanan secara simetris, harus memenuhi ketentuan berikut.

a. Setiap kelompok tulangan diagonal harus memiliki sekurang – kurangnya empat tulangan yang disusun dalam suatu inti. Sisi inti tersebut berukuran minimum sebesar  dalam arah tegak lurus bidang balok, dan  dalam arah bidang balok perangkai dan tegak lurus arah diagonal tersebut. Sisi – sisi inti tersebut diukur dari tepi – tepi terluar tulangan transversal.

b. Setiap kelompok tulangan harus memiliki tulangan transversal dengan tahanan geser nominal sebagai berikut.

dimana  Avd   = luas total tulangan dalam satu kelompok tulangan diagonal

              α      = sudut yang dibentuk kelompok tulangan diagonal terhadap bidang horizontal

c. Ketentuan geser dalam poin b harus memenuhi ketentuan untuk tulangan transversal dalam SNI 03-2847-2002 pasal 23.4 (4(1)) sampai 23.4(4(3)) dan ketebalan selimut beton minimum dalam SNI 03-2847-2002 pasal 9.7

d. Setiap kelompok tulangan diagonal harus disalurkan sebagai tulangan tarik ke dalam dinding struktural

e. Setiap kelompok tulangan diagonal harus diperhitungkan dalam menentukan kuat lentur nominal balok perangkai

f. Tulangan dalam arah longitudinal dan transversal balok perangkai harus dipasang dengan memenuhi luas tulangan minimum sesuai SNI 03-2847-2002 pasal 13.8(9) dan 13.8(10)